david klein química orgánicabibliotecas.unr.edu.ar/muestra/medica_panamericana/...comprensión del...

Química

Orgánica

David Klein

1ª_Maquetación 1 04/03/2013 9:55 Página 1

Química Orgánica. Klein. ©2013. Editorial Médica Panamericana.

¿Qué opinan los profesores?

Es realmente un libro sobresaliente y espero que muchos otros profesores

de química orgánica vean sus méritos.

Me gustan especialmente los numerosos ejemplos de compuestos

farmacéuticos importantes, y otros ejemplos muy relevantes en el campo de

la medicina y la industria.

Durante mis 40 años de experiencia docente he utilizado muchos libros de

química orgánica y puedo asegurar que es superior a cualquier otro que haya utilizado, sin ninguna

duda. FRANK DAY (revisor)

● Klein es un genio. Explica todo tan bien. Tengo 12 libros de química orgánica y este es el Santo

Grial. Si lo lees de forma ordenada, acabarás amando la química orgánica porque la entenderás.

Klein proporciona ejemplos y explica la lógica detrás de los procesos.

● Honestamente todos los colegas deberían utilizar el KLEIN, es realmente increíble que no lo usen

como libro de texto.

● Si quieres más práctica, el libro de ejercicios vale la pena, sobre todo si vas a dedicarte a la medicina

u odontología.

Claves del éxito de este libro de texto:

– Claridad del material: El lenguaje posee un nivel de calidad superior y su redacción es de fácil

lectura.

– Composición/diseño visualmente muy atractiva: el texto está muy bien equilibrado con las

ecuaciones químicas o los diagramas, de tal forma que la página fluye de una forma lógica y fácil

de entender.

– Ejemplos paso a paso: los problemas ejemplo se introducen y se resuelven sin eludir ningún

paso obvio.

– Numerosos problemas para practicar: cada concepto comienza con media docena de

problemas básicos para luego pasar a problemas aplicados de mayor complejidad. Haciendo

todos estos problemas, te guía poco a poco al dominio del tema.

– Recuadros relevantes e interesantes: hay una amplia variedad de recuadros que se leen bien,

no ocupan mucho espacio y están bien escogidos para ilustrar el tema del texto.

2ªcubierta_Maquetación 1 04/03/2013 10:27 Página 1


Química Orgánica

David Klein

Buenos Aires - Bogotá - Caracas - Madrid - México - Porto Alegre

www.medicapanamericana.com

portadilla_Maquetación 1 04/03/2013 10:13 Página 1


http://www.medicapanamericana.com/Libros/Libro/4865/Quimica-Organica.html

¿Por qué escribí este libro?

A menudo los estudiantes suelen decir: “Estudié 40 horas para este examen y aun así no lohice bien. ¿En qué me equivoqué?”. La mayoría de los profesores escucha esta queja cada año.En muchos casos, es cierto que el estudiante invierte muchas horas, sólo para producir pésimosresultados. A menudo, los hábitos de estudio ineficientes son los culpables. La pregunta impor-tante es: ¿por qué tantos estudiantes tienen dificultad para prepararse para los exámenes de quí-mica orgánica? Sin duda hay muchos factores que intervienen aquí, pero tal vez el más dominan-te sea una desconexión fundamental entre lo que los estudiantes aprenden y las tareas que seesperan de ellos. Para ilustrar esta desconexión, considérese la siguiente analogía.

Imagine que una universidad prestigiosa ofrece un curso de una semana de duración que setitula “Curso inicial para andar en bicicleta.” El primer día del curso, un profesor de física da unaclase teórica fascinante sobre la física de andar en bicicleta. El segundo día, un profesor de ingenie-ría da una clase teórica cautivante acerca de cómo se han diseñado bicicletas para minimizar la resis-tencia del aire. La semana continúa con clases teóricas apasionantes, y los estudiantes invierten untiempo significativo revisando toda la información ofrecida durante la semana. El último día declase, se da a conocer el examen final: cada estudiante debe andar en bicicleta una distancia de 30metros. Tal vez uno o dos estudiantes en la clase tengan talentos innatos y sean capaces de cumplircon la tarea sin caerse ni una sola vez. Una gran cantidad de estudiantes caerán varias veces, peroserán capaces de regresar a la bicicleta y lentamente lograrán llegar a la línea final, magullados y las-timados. Otros estudiantes, sin embargo, simplemente no pedalearán ni siquiera un segundo sincaerse, a pesar de haber invertido incontables horas estudiando el material. Existe una desconexiónentre lo que el estudiante aprendía y lo que se esperaba que hiciera para este examen. Una desco-nexión similar existe en la enseñanza de los libros de texto de química orgánica.

El estado actual de la enseñanza de química orgánica

Los libros de texto de química orgánica actuales, así como las clases teóricas, proporcionana los estudiantes una cobertura extensa de los principios, pero los exámenes se enfocan en la reso-lución de problemas muy específicos. A menudo se espera que los estudiantes desarrollen deforma independiente las capacidades necesarias para resolver problemas. Esta expectativa no esmuy diferente de la expectativa de que los estudiantes serán capaces de andar en bicicleta sincaerse después de asistir a una semana de clases teóricas fascinantes. La química orgánica se pare-ce mucho a andar en bicicleta. Requiere de la práctica constante de enfoques muy específicos.Existen enfoques claves necesarios para predecir productos, proponer mecanismos y síntesis, etc.A pesar de que unos pocos estudiantes tienen talentos innatos y son capaces de desarrollar losenfoques necesarios de manera independiente, la mayoría requiere de pautas. Estas pautas no seintegran en forma coherente dentro de los libros de texto actuales.

Estoy plenamente convencido de que la disciplina científica de química orgánica NO esuna mera compilación de principios, sino más bien un método disciplinado de pensamientos yanálisis. Los estudiantes deben entender los conceptos y los principios, pero es más importanteque aprendan a pensar como químicos orgánicos… es decir, deben aprender a ser competentesde forma metodológica al presentarse nuevas situaciones, sobre la base de un repertorio de com-petencias. Esta es la verdadera esencia de la química orgánica.

Enfoque basado en competencias para la enseñanza

de la química orgánica

Para abordar la desconexión de la enseñanza de química orgánica, he desarrollado un librode texto que utiliza enfoques basados en las competencias para la enseñanza. El libro incluyetodos los conceptos típicos que se tratan en un texto de química orgánica, pero con énfasis espe-cial en el desarrollo de competencias que avalan estos conceptos. Este énfasis en el desarrollo decompetencias proporcionará a los estudiantes una mayor oportunidad de generar el dominio enlas competencias claves necesarias para tener éxito en la química orgánica. Por cierto, en este

XIII

Prefacio

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libro de texto no se tratarán todos los enfoques necesarios. Sin embargo, existen ciertas compe-tencias que son más fundamentales que otras.

Por ejemplo, las estructuras de resonancia se utilizan en forma repetida a través de todo elcurso, y los estudiantes deben convertirse en expertos en éstas al comienzo del curso. Por lotanto, una parte significativa del Capítulo 2 se dedica al reconocimiento de patrones para dibu-jar estructuras de resonancia. En lugar de proporcionar a los estudiantes una lista de reglas yluego unos pocos problemas de seguimiento, los enfoques basados en las competencias les pro-veen una serie de competencias, cada una de las cuales debe dominarse en secuencia. Cada com-petencia se refuerza con numerosos problemas de práctica. La secuencia de enfoques está diseña-da para fomentar y desarrollar el dominio en el dibujo de estructuras de resonancia.

Otro ejemplo de los enfoques basados en las competencias, el Capítulo 7, Reacciones desustitución, destaca los enfoques necesarios para el dibujo de todos los pasos mecánicos para losprocesos S

N2 y S

N1. A menudo, los estudiantes confunden lo que ven como procesos S

N1, cuyo

mecanismo comprende cuatro o cinco pasos mecánicos (transferencia de protones, reordena-miento de carbocationes, etc.). Este capítulo contiene un enfoque novedoso que entrena a losestudiantes para identificar la cantidad de pasos mecánicos requeridos en un proceso de sustitu-ción. Se brinda a los estudiantes numerosos ejemplos y una gran oportunidad de practicar eldibujo de los mecanismos.

El enfoque basado en las competencias para la enseñanza de química orgánica es un enfo-que único. Por cierto, otros libros de texto contienen consejos para la resolución de problemas,pero no todos presentan el desarrollo de enfoques como una forma principal de la enseñanza.

Herramientas pedagógicas que avalan el enfoque basado en las

competencias

El libro utiliza diversas herramientas pedagógicas diseñadas para integrar los enfoques basados en las com-petencias a través de todos los capítulos. Cada capítulo comienza con una pregunta que invita a la reflexión segui-da por Recuerde, que es una lista de competencias relevantes de los capítulos anteriores que deben ser domina-

das antes de seguir con el capítulo actual. El cuerpo principal de cada capítulo contiene numerosos Desarrollo de competencias, cada uno de

los cuales se diseña para fomentar una competencia específica. Por ejemplo, el desarrollo de competencia 6.6 sefocaliza en dibujar los reordenamientos de carbocationes. Cada desarrollo de competencia contiene tres partes.

XIV preFACiO

AprendizAje

un problema resuelto que

demuestra una competencia par-

ticular.

92591-Pre (a) 8.0:92591-02 08/02/13 12:51 Página XIV


Todos los desarrollos de competencias se resumen visualmente al final de cada capítulo dentrode Revisión de competencias.

Además de los desarrollos de competencias, se proporciona práctica adicional dentro del capí-tulo mediante la Revisión de conceptos.

La Resolución de problemas al final de cada capítulo proporciona ejercicios adicionales yvaliosos basados en la competencia para continuar con el desarrollo de las competencias. LaResolución de problemas es seguida por los Problemas de integración, que brindan a losestudiantes oportunidades para combinar competencias de los capítulos actuales con competenciasde capítulos anteriores. Los problemas de final de capítulo concluyen con un conjunto deProblemas de razonamiento, que están diseñados para proporcionar a los estudiantes oportu-nidades para aplicar sus competencias en situaciones más desafiantes. Estos problemas de razo-

preFACiO XV

prÁCTiCA

Numerosos problemas (similares a

los problemas resueltos) que otor-

gan a los estudiantes oportunidades

valiosas para practicar y dominar la

competencia.

prÁCTiCA AdiCiOnAL

Ejercicios sugeridos al final del capí-

tulo para que los estudiantes pue-

dan trabajar para practicar la com-

petencia.

ApLiCACiÓn

Uno o dos problemas de razona-

miento en los que el estudiante

debe aplicar la competencia en un

entorno levemente distinto. Estos

problemas incluyen problemas con-

ceptuales, acumulativos y aplicados

que estimulan a los estudiantes a

pensar fuera del recuadro. A veces

también se incluyen problemas que

se anticipan a conceptos que se

introducen en los últimos capítulos.

92591-Pre (a) 8.0:92591-02 08/02/13 12:51 Página XV


namiento requieren que los estudiantes piensen más allá del recuadro y demuestren el dominio dela competencia.

El enfoque de desarrollo de competencias dentro del libro de texto está reforzado por lapráctica significativa disponible dentro del sitio web complementario, un ambiente de innovaciónen la web para la enseñanza y el aprendizaje eficaz.

Aplicaciones para ilustrar la relevancia

Junto con los numerosos ejercicios diagramados para facilitar lacomprensión del estudiante de las competencias y conceptos de quí-mica orgánica, se presentan muchas aplicaciones del mundo real a lolargo de todos los capítulos para demostrar la relevancia de la quí-mica orgánica en nuestras vidas diarias. Estas aplicaciones aparecenen una variedad de formas, como recuadros de Aplicación enmedicina con características médicas y aplicaciones farmacéuticas,o recuadros de Aplicación práctica con aplicaciones comercia-les de química orgánica. Estas aplicaciones del mundo real se desta-can en detalle en el Índice.

Cada capítulo comienza con el planteo de una pregunta(“¿Sabía que…”) que luego es retomada dentro de ese capítulo. Porejemplo, en el Capítulo 10, se plantea una cuestión acerca de laenfermedad de Parkinson.

La pregunta de apertura del capítulo siempre es retomada yexaminada dentro de ese capítulo, en este caso dentro de un recua-dro “Aplicación en medicina”.

XVI preFACiO

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Organización del libro

La secuencia de capítulos y temas en Química orgánica no difiere demasiado de la de otroslibros de texto de química orgánica. En realidad, los temas se presentan en el orden tradicional,sobre la base de los grupos funcionales (alquenos, alquinos, alcoholes, éteres, aldehídos y ceto-nas, derivados de ácidos carboxílicos, etc.). No se acortaron ninguno de los mecanismos, y todoslos pasos se ilustran claramente, incluido todos los pasos de transferencia de protones.

Se dedican dos capítulos (6 y 12) casi enteramente al desarrollo de competencias y por logeneral no se encuentran en otros libros de texto. El Capítulo 6, Reactividad química y meca-nismos, enfatiza las competencias que son necesarias para dibujar los mecanismos, mientras queel Capítulo 12, Síntesis, prepara a los estudiantes para proponer síntesis. Estos dos capítulos seposicionan de manera estratégica dentro del orden tradicional descrito anteriormente y puedeasignarse a los estudiantes para el estudio independiente. Es decir, estos dos capítulos no necesi-tan ser tratados en valiosas horas lectivas, sino que son opcionales.

El orden tradicional permite a los profesores adoptar el enfoque basado en las competen-cias sin tener que cambiar su método de enseñanza. Por esta razón, los capítulos de espectrosco-pia (15 y 16) fueron escritos para ser autónomos, de manera tal que los profesores puedan tra-tar estos capítulos en cualquier orden deseado. De hecho, dos capítulos (13 y 14) que precedena los de espectroscopia incluyen problemas de espectroscopia al final del capítulo para aquellosestudiantes que trataron la espectroscopia al comienzo. La cobertura de espectroscopia apareceen los capítulos de los grupos funcionales, específicamente en el Capítulo 18 (Compuestos aro-máticos), el Capítulo 20 (Aldehídos y cetonas), el Capítulo 21 (Ácidos carboxílicos y sus deriva-dos), el Capítulo 23 (Aminas), el Capítulo 24 (Hidratos de carbono) y el Capítulo 25(Aminoácidos, péptidos y proteínas).

Sitio Web complementario

Recursos para el estudiante

Guía de estudio y Manual de soluciones que contienen:• Ejercicios de revisión de conceptos y vocabulario• Ejercicios de revisión de desarrollo de competencias • Ejercicios de revisión de las reacciones • Soluciones detalladas de todos los problemas del libro

Recursos para el profesor

Para facilitar la tarea docente, además de los recursos para el estudiante, los profesores pue-den acceder a todas las figuras del libro.

preFACiO XVII

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Índice

1Revisión de química general: electrones, enlaces propiedadesmoleculares

1.1 Introducción a la química orgánica

1.2 Teoría estructural de la materia

1.3 Electrones, enlaces y estructura de Lewis

1.4 Identificación de las cargas formales

1.5 Inducción y enlaces covalentes polares

l AplicAción prácticA Mapas de potencial electrostático

1.6 Orbitales atómicos

1.7 Teoría del enlace de valencia

1.8 Teoría del orbital molecular

1.9 Orbitales atómicos híbridos

1.10 Teoría VSEPR: predicción de la geometría

1.11 Momentos dipolares y polaridad molecular

1.12 Fuerzas intermoleculares y propiedades físicas

l AplicAción prácticA Biomimetismo y patas del geco

l AplicAción en medicinA Interacciones fármaco-receptor

1.13 Solubilidad

Revisión de conceptos y vocabulario ∑ Términos claveRevisión de competencias ∑ Resolución de problemas Problemas de integración ∑ Problemas de razonamiento

2Representaciones moleculares

2.1 Representaciones moleculares

2.2 Estructuras de enlaces lineales

2.3 Identificación de grupos funcionales

2.4 Átomos de carbono y cargas formales

2.5 Identificación de pares solitarios

2.6 Estructuras tridimensionales de enlaces lineales

l AplicAción en medicinA Identificación de farmacóforos

2.7 Introducción a la resonancia

2.8 Flechas curvas

2.9 Cargas formales en estructuras en resonancia

2.10 Dibujar estructuras en resonancia mediante reconocimiento de patrones

2.11 Evaluación de la importancia relativa de las estructuras de resonancia

2.12 Pares solitarios localizados y deslocalizados


3Ácidos y bases

3.1 Una introducción a los ácidos y bases de Brønsted-Lowry

3.2 Flujo de densidad electrónica: notación de flecha curva

l AplicAción en medicinA Antiácidos y acedía

3.3 Acidez de Brønsted-Lowry: una perspectiva cuantitativa

l AplicAción en medicinA Distribución de fármacos y pKa

3.5 Posición de equilibrio y elección de reactivos

3.6 Elección del solvente

3.7 Efecto de solvatación

3.8 Contraiones

l AplicAción prácticA Bicarbonato de sodio versus levadura en polvo

3.9 Ácidos y bases de Lewis


iv

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4Alcanos y cicloalcanos

4.1 Introducción a los alcanos

4.2 Nomenclatura de alcanos

l AplicAción prácticA Feromonas: mensajeros químicos

l AplicAción en medicinA Nomenclatura de fármacos

4.3 Isómeros constitucionales de alcanos

4.4 Estabilidad relativa de alcanos isoméricos

4.5 Fuentes y usos de los alcanos

l AplicAción prácticA Una introducción a los polímeros

4.6 Dibujar proyecciones de Newman

4.7 Análisis de la conformación del etano y del propano

4.8 Análisis de la conformación del butano

l AplicAción en medicinA Fármacos y sus conformaciones

4.9 Cicloalcanos

4.10 Conformación del ciclohexano

4.11 Dibujar conformaciones en silla

4.12 Ciclohexano monosustituido

4.13 Ciclohexano disustituido

4.14 Estereoisomerismo cis-trans

4.15 Sistema policíclico


5Estereoisomería

5.1 Panorama general de la isomería

5.2 Introducción al estereoisomería

l AplicAción prácticA El sentido del olfato

5.3 Designación de la configuración mediante el sistema Cahn-Ingold-Prelog

l AplicAción en medicinA Fármacos quirales

5.4 Actividad óptica

5.5 Relaciones de estereoisómeros: enantiómeros y diasterómeros

5.6 Simetría y quiralidad

5.7 Proyecciones de Fischer

5.8 Sistemas de conformación móvil

5.9 Resolución de enantiómeros


6Reactividad química y mecanismos

6.1 Entalpía

6.2 Entropía

6.3 Energía libre

l AplicAción prácticA Explosivos

l AplicAción prácticA Los organismos vivos ¿violan laSegunda Ley de la Termodinámica?

6.4 Equilibrios

6.5 Cinéticas

l AplicAción en medicinA Nitroglicerina: un explosivo conpropiedades medicinales

l AplicAción prácticA Fabricación de cerveza

6.6 Interpretación de diagramas de energía

6.7 Nucleófilos y electrófilos

6.8 Mecanismos y flechas curvas de flujo de electrones

6.9 Combinación de los patrones de flechas curvas de flujo deelectrones

6.10 Dibujar flechas curvas

6.11 Reordenamientos de carbocationes


contenidos v

x92591-ind (a):92591-cap02m 11/02/13 16:30 Página v


7Reacciones de sustitución

7.1 Introducción a las reacciones de sustitución

7.2 Haluros de alquilo

7.3 Mecanismos posibles para las reacciones de sustitución

7.4 El mecanismo SN2

l AplicAción prácticA Reacciones SN2 en sistemas

biológicos-Metilación

7.5 Los mecanismos SN1

7.6 Dibujo del mecanismo completo de una reacción S

N1

7.7 Dibujo del mecanismo completo de una reacción S

N2

7.8 Determinación de los mecanismos que predominan

7.9 Selección de los reactivos que acompañan la transformación de un grupo funcional

l AplicAción en medicinA Farmacología y diseño de fármacos


8Alquenos: estructura y preparación através de reacciones de eliminación

8.1 Introducción a las reacciones de eliminación

8.2 Alquenos en la naturaleza y en la industria

l AplicAción prácticA Feromonas para controlar las pobla-ciones de insectos

8.3 Nomenclatura de alquenos

8.4 Estereoisomerismo en alquenos

8.5 Estabilidad de alquenos

8.6 Mecanismos posibles para la eliminación

8.7 El mecanismo E2

8.8 Dibujo de los productos de una reacción E2

8.9 El mecanismo E1

8.10 Dibujo del mecanismo completo de un proceso E1

8.11 Dibujo del mecanismo completo de un proceso E2

8.12 Sustitución vs. eliminación: identificación de reactivos

8.13 Sustitución vs. eliminación: identificación de mecanismos

8.14 Sustitución vs. eliminación: predicción de los productos


9Reacciones de adición de alquenos

9.1 Introducción a las reacciones de adición

9.2 Adición vs. eliminación: una perspectiva termodinámica

9.3 Hidrohalogenación

l AplicAción prácticA Polimerización catiónica y poliestireno

9.4 Hidratación catalizada por ácido

l AplicAción prácticA Producción industrial de etanol

9.5 Oximercuración-desmercuración

9.6 Hidroboración-oxidación

9.7 Hidrogenación catalítica

l AplicAción prácticA Grasas y aceites parcialmente hidroge-nados

9.8 Halogenación y formación de halohidrinas

9.9 Dihidroxilación anti

9.10 Dihidroxilación sin

9.11 Escisión oxidativa

9.12 Predicción de productos de una reacción de adición

9.13 Estrategias de síntesis


vi contenidos

x92591-ind (a):92591-cap02m 11/02/13 16:30 Página vi


10Alquinos

10.1 Introducción a los alquinos

l AplicAción en medicinA El papel que cumple la rigidezmolecular

l AplicAción prácticA Polímeros orgánicos conductores

10.2 Nomenclatura de alquinos

10.3 Acidez del acetileno y alquinos terminales

10.4 Preparación de alquinos

10.5 Reducción de alquino

10.6 Hidrohalogenación de alquinos

10.7 Hidratación de alquinos

10.8 Halogenación de alquinos

10.9 Ozonólisis de alquinos

10.10 Alquilación de alquinos terminales



11Reacciones de radicales

11.1 Radicales

11.2 Patrones comunes en los mecanismos de radicales

11.3 Cloración del metano

11.4 Consideraciones termodinámicas para las reacciones de halo-genación

11.5 Regioselectividad en la halogenación

11.6 Estereoquímica de la halogenación

11.7 Bromación alílica

11.8 Química atmosférica y la capa de ozono

l AplicAción prácticA Fuegos artificiales con químicos

11.9 Autooxidación y antioxidantes

l AplicAción en medicinA ¿Por qué es fatal una sobredosis de paracetamol?

11.10 Adición de HBr: adición anti-Markovnikov

11.11 Polimerización de radicales

11.12 Procesos de radicales en la industria petroquímica

11.13 Halogenación como una técnica sintética


12Síntesis

12.1 Síntesis de un solo paso

12,2 Transformaciones de grupos funcionales

l AplicAción en medicinA Vitaminas

12.4 Como abordar un problema de síntesis

l AplicAción en medicinA La síntesis total de la vitamina B12

12.5 Análisis retrosintético

l AplicAción prácticA Análisis retrosintético

12.6 Consejos prácticos para incrementar la competencia


13Alcoholes y fenoles

13.1 Estructura y propiedades de los alcoholes

l AplicAción en medicinA Longitud de la cadena como unfactor en el diseño de fármacos

13.2 Acidez de los alcoholes y los fenoles

13.3 Preparación de los alcoholes a través de sustitución o adición

13.4 Preparación de los alcoholes a través de la reducción

13.5 Preparación de dioles

l AplicAción prácticA Anticongelantes

13.6 Preparación de alcoholes a través de reactivos de Grignard

13.7 Protección de alcoholes

13.8 Preparación de fenoles

l AplicAción en medicinA Fenoles y agentes antimicóticos

13.9 Reacciones de los alcoholes: sustitución y eliminación

l AplicAción prácticA Metabolismo de los fármacos

contenidos vii

x92591-ind (a):92591-cap02m 11/02/13 16:30 Página vii


13.10 Reacciones de los alcoholes: oxidación

l AplicAción prácticA Pruebas de alcoholemia para medir losniveles de alcohol en sangre

13.11 Reacciones redox biológicas

l AplicAción prácticA Oxidación biológica de metanol y eta-nol

13.12 Oxidación del fenol



14Éteres y epóxidos; tioles y sulfuros

14.1 Introducción a los éteres

14.2 Nomenclatura de los éteres

14.3 Estructura y propiedades de los éteres

l AplicAción en medicinA Los éteres como anestésicos inha-latorios

14.4 Éteres corona

l AplicAción en medicinA Antibióticos poliéteres

14.5 Preparación de éteres

14.6 Reacciones de los éteres

14.7 Nomenclatura de los epóxidos

l AplicAción en medicinA Epotilonas como nuevos agentescontra el cáncer

14.8 Preparación de epóxidos

l AplicAción en medicinA Metabolitos activos e interacciones con fármacos

14.9 Epoxidación enantioselectiva

14.10 Reacciones de apertura de anillos de los epóxidos

l AplicAción prácticA Óxidos de etileno como un agente esterilizante para equipos médicos

l AplicAción en medicinA Humo de cigarrillo y epóxidos car-cinogénicos

14.11 Tioles y sulfuros

14.12 Estrategias de síntesis que involucran epóxidos


15Espectroscopia infrarroja y espectroscopia de masa

15.1 Introducción a la espectroscopía

l AplicAción prácticA Hornos microondas

15.2 Espectroscopia IR

l AplicAción en medicinA Termografía IR para la detección del cáncer

15.3 Características de la señal: número de onda

15.4 Características de la señal: intensidad

l AplicAción prácticA Espectroscopia IR para evaluar nivelesde alcohol en sangre

15.5 Características de la señal: forma

15.6 Análisis de un espectro IR

15.7 Uso de la espectroscopia IR para distinguir entre dos com-puestos

15.8 Introducción a la espectroscopia de masa

l AplicAción prácticA Espectroscopia de masa para la detec-ción de explosivos

15.9 Análisis del pico (M)+∑

15.10 Análisis del pico (M+1)+∑

15.11 Análisis del pico (M+2)+∑

15.12 Análisis de los fragmentos

15.13 Espectroscopia de masa de alta resolución

15.14 Cromatografía gaseosa-espectrometría de masa

15.15 Espectrometría de masa de biomoléculas grandes

15.16 Índice de deficiencia de hidrógeno: grados de insaturación


16Espectroscopia de resonancia magnética nuclear

16.1 Introducción a la espectroscopia RMN

16.2 Adquisición de un espectro de RMN de 1H

16.3 Características de un espectro de RMN de 1H

16.4 Número de las señales

16.5 Desplazamientos químicos

viii contenidos

x92591-ind (a):92591-cap02m 11/02/13 16:30 Página viii


16.6 Integración

16.7 Multiplicidad

16.8 Dibujo del espectro RMN de 1H esperado para un compuesto

16.9 Uso de la espectroscopia de RMN de 1H para distinguir entre los compuestos

l AplicAción en medicinA Detección de impurezas en la hepa-rina sódica mediante espectroscopia de RMN de 1H

16.10 Análisis de un espectro RMN de 1H

16.11 Adquisición de un espectro de RMN del 13C

16.12 Desplazamientos químicos en la espectroscopia RMN del 13C

16.13 Espectroscopia DEPT RMN del 13C

l AplicAción en medicinA Imagen por resonancia magnética (IRM)


17Sistemas Pi conjugado y reaccionespericíclicas

17.1 Clases de dienos

17.2 Dienos conjugados

17.3 Teoría del orbitales molecular

17.4 Adición electrófilica

17.5 Control termodinámico vs control cinético

l AplicAción prácticA Gomas naturales y sintéticas

17.6 Una introducción a las reacciones pericíclicas

17.7 Reacciones de Diels-Alder

17.8 Descripción OM de las cicloadiciones

17.9 Reacciones electrocíclicas

17.10 Reordenamientos sigmatrópicos

l AplicAción en medicinA La biosíntesis foto inducida de lavitamina D

17.11 Espectroscopia UV-VIS

l AplicAción prácticA Protectores solares

17.12 Color

l AplicAción prácticA Blanqueador

17.13 La química de la visión


18Compuestos aromáticos

18.1 Introducción a los compuestos aromáticos

l AplicAción prácticA ¿Qué es la hulla?

18.2 Nomenclatura de los derivados del benceno

18.3 Estructura del benceno

18.4 Estabilidad del benceno

l AplicAción prácticA Jaulas moleculares

18.5 Otros compuestos aromáticos además del benceno

l AplicAción en medicinA El desarrollo de antihistamínicos no sedantes

18.6 Reacciones en la posición bencílica

18.7 Reducción del residuo aromático

18.8 Espectroscopia de compuestos aromáticos

l AplicAción prácticA Buckyballs y nanotubos


19Reacciones de sustitución aromática

19.1 Introducción a la sustitución aromática electrofílica

19.2 Halogenación

l AplicAción prácticA Halogenación en el diseño de fármacos

19.3 Sulfonación

l AplicAción prácticA ¿Qué son los colores en los guijarros con sabor a fruta?

19.4 Nitración

19.5 Alquilación de Friedel-Crafts

l AplicAción en medicinA El descubrimiento de los profármacos

19.6 Acilación de Friedel-Crafts

19.7 Grupos de activación

19.8 Grupos de desactivación

19.9 Halógenos: la excepción

19.10 Determinación de los efectos directores de un sustituyente

19.11 Sustituyentes múltiples

contenidos ix

x92591-ind (a):92591-cap02m 11/02/13 16:30 Página ix



19.13 Sustitución aromática nucleofílica

19.14 Eliminación-adicción

19.15 Identificación de los mecanismos de una reacción de susti-tución aromática


20Aldehídos y cetonas

20.1 Introducción a los aldehídos y las cetonas

20.2 Nomenclatura

20.3 Preparación de aldehídos y cetonas: una revisión

20.4 Introducción a las reacciones de adición nucleofílica

20.5 Nucleófilos de oxígeno

l AplicAción en medicinA Acetales como profármacos

20.6 Nucleófilos de nitrógeno

l AplicAción prácticA Betacarotenos y la visión

20.7 Estrategias de mecanismos

l AplicAción en medicinA Profármacos

20.8 Nucleófilos de azufre

20.9 Nucleófilos de hidrógeno

20.10 Nucleófilos de carbono

l AplicAción prácticA Derivados de cianohidrina en la natu-raleza

20.11 Oxidación de Baeyer-Villiger de aldehídos y cetonas


20.13 Análisis espectroscópico de aldehídos y cetonas


21Ácidos carboxílicos y sus derivados

21.1 Introducción a los ácidos carboxílicos

21.2 Nomenclatura de los ácidos carboxílicos

21.3 Estructura y propiedades de los ácidos carboxílicos

21.4 Preparación de los ácidos carboxílicos

21.5 Reacciones de los ácidos carboxílicos

21.6 Introducción de los derivados de ácidos carboxílicos

l AplicAción en medicinA Sedantes

21.7 Reactividad de los derivados de ácidos carboxílicos

21.8 Preparación y reacciones de cloruros de ácidos

21.9 Preparación y reacciones de anhídridos ácidos

l AplicAción en medicinA ¿Cómo funciona la aspirina?

21.10 Preparación de ésteres

21.11 Reacciones de ésteres

l AplicAción prácticA ¿Cómo se fabrica el jabón?

l AplicAción en medicinA Ésteres como profármacos

21.12 Preparación y reacciones de las amidas

l AplicAción prácticA Poliamidas y poliésteres

l AplicAción en medicinA Antibióticos betalactámicos

21.13 Preparación y reacciones de nitrilos


21.15 Espectroscopia de los ácidos carboxílicos y sus derivados


22Química del carbono alfa: enoles yenolatos

22.1 Introducción a la química del carbono alfa: enoles y enolatos

22.2 Halogenación alfa de enoles y enolatos

22.3 Reacciones aldol

l AplicAción prácticA Potencia muscular

x contenidos

x92591-ind (a):92591-cap02m 11/02/13 16:30 Página x


l AplicAción prácticA ¿Por qué la carne de animales másjóvenes es más blanda?

22.4 Condensación de Claisen

22.5 Alquilación de la posición alfa

22.6 Reacciones de adición conjugada

l AplicAción prácticA Conjugación del glutatión y reacciones biológicas de Michael



23Aminas

23.1 Introducción a las aminas

l AplicAción en medicinA Estudios del metabolismo de fár-macos

23.2 Nomenclatura de las aminas

23.3 Propiedades de las aminas

l AplicAción en medicinA Efectos colaterales afortunados

l AplicAción en medicinA Ionización de las aminas y distribu-ción de fármacos

23.4 Preparación de aminas: una revisión

23.5 Preparación de las aminas mediante reacciones de sustitu-ción

23.6 Preparación de aminas mediante aminación reductiva


23.8 Acilación de aminas

23.9 Eliminación de Hofmann

23.10 Reacciones de las aminas con ácido nitroso

23.11 Reacciones de los iones arildiazonio

23.12 Heterociclos del nitrógeno

l AplicAción en medicinA Antagonistas del receptor H2

y el

desarrollo de cimetidina

23.13 Espectroscopia de las aminas


24Hidratos de carbono

24.1 Introducción a los hidratos de carbono

21.2 Clasificación de monosacáridos

24.3 Configuración de aldosas

24.4 Configuración de cetosas

24.5 Estructuras cíclicas de los monosacáridos

24.6 Reacciones de monosacáridos

l AplicAción en medicinA Enfermedades asociadas con lainsuficiente formación de glucósidos

24.7 Disacáridos

l AplicAción en medicinA Intolerancia a la lactosa

l AplicAción prácticA Endulzantes artificiales

24.8 Polisacáridos

24.9 Amino azúcares

24.10 N-glucósidos

l AplicAción en medicinA Antibióticos aminoglucósidos


25Aminoácidos, péptidos y proteínas

25.1 Introducción a los aminoácidos, péptidos y proteínas

25.2 Estructura y propiedades de los aminoácidos

l AplicAción prácticA Nutrición y fuentes de aminoácidos

l AplicAción prácticA Química forense y detección de hue-llas digitales

25.3 Síntesis de aminoácidos

25.4 Estructura de péptidos

l AplicAción en medicinA Antibióticos polipéptidos

25.5 Secuenciación de un péptido

25.6 Síntesis de péptidos

25.7 Estructura de proteínas

l AplicAción en medicinA Enfermedades causadas por plega-

contenidos xi

x92591-ind (a):92591-cap02m 11/02/13 16:30 Página xi


mientos incorrectos de proteínas

25.8 Función proteica


26Lípidos

26.1 Introducción a los lípidos

26.2 Ceras

26.3 Triglicéridos

26.4 Reacción de los triglicéridos

l AplicAción prácticA Jabones vs. detergentes sintéticos

26.5 Fosfolípidos

l AplicAción en medicinA Selectividad de los agentes antimi-cóticos

26.6 Esteroides

l AplicAción en medicinA Colesterol y enfermedades cardía-cas

l AplicAción en medicinA Esteroides anabólicos y deportescompetitivos

26.7 Prostaglandinas

l AplicAción prácticA Inhibidores NSAID y COX-2

26.8 Terpenos


27Polímeros sintéticos

27.1 Introducción a los polímeros sintéticos

27.2 Nomenclatura de los polímeros sintéticos

27.3 Copolímeros

27.4 Clasificación de polímeros por tipo de reacción

27.5 Clasificación de polímeros por modo de ensamblado

27.6 Clasificación de polímeros por estructura

27.7 Clasificación de polímeros por propiedades

l AplicAción prácticA Seguridad de vidrios y parabrisas deautomóviles

27.8 Reciclado de polímeros


Glosario A-1

Reconocimientos A-12

Índice I-1

xii contenidos

x92591-ind (a):92591-cap02m 11/02/13 16:30 Página xii


Representaciones moleculares¿SABÍA CÓMO…se diseñan los fármacos nuevos?

os científicos utilizan muchas técnicas en el diseño de nuevosmedicamentos. Una de ellas, llamada modificación dirigida, les

permite identificar la parte del compuesto responsable de sus propie-dades médicas, y luego diseñar compuestos similares con mejorespropiedades. Específicamente, veremos un ejemplo de esta técnica enel cual el descubrimiento de la morfina condujo al desarrollo de unafamilia completa de analgésicos potentes (la codeína, la heroína, lametadona, y muchos otros).

Para poder comparar las estructuras de las sustancias en estudio,necesitaremos una manera más eficaz de dibujar las estructuras de loscompuestos orgánicos. Las estructuras de Lewis son útiles sólo paralas moléculas pequeñas, como las consideradas en el capítulo ante-rior. El objetivo de este capítulo es dominar las habilidades necesa-rias para usar e interpretar el método de esquematización usado mása menudo por los químicos orgánicos y los bioquímicos. Estos dibu-jos, llamados estructuras de líneas de enlace, se realizan rápidamentey se leen con facilidad, y centran nuestra atención en los centros reac-tivos de una sustancia. En la segunda mitad de este capítulo, veremosque las estructuras de líneas de enlace son inadecuadas en algunas cir-cunstancias, y analizaremos la técnica que emplean los químicos parasolucionar esta deficiencia. Este capítulo repasa algunos conceptosrelevantes de la materia de química general, los cuales deberían serfamiliares para usted. Específicamente, se focalizará en el papel cen-tral que cumplen los electrones en la formación de enlaces y cómoinfluencian en las propiedades moleculares.

2.1 Representaciones moleculares2.2 Estructuras de líneas de enlace2.3 Identificación de los grupos funcionales2.4 Átomos de carbono con cargas formales2.5 Identificación de los pares libres2.6 Estructuras de líneas de enlace tridi-

mensionales2.7 Introducción a la resonancia2.8 Flechas curvas2.9 Cargas formales en las estructuras de

resonancia2.10 Representación de las estructuras de

resonancia a través del reconocimientode patrones

2.11 Evaluación de la importancia relativa delas estructuras de resonancia

2.12 Pares libres localizados y deslocalizados

2

L

x92591cap02m (a) 8.0:92591-cap02m 08/02/13 13:04 Página 49


50 CAPÍTULO 2 Representaciones moleculares

RECUERDE

Antes de continuar, asegúrese de haber comprendido los siguientes temas.

Si es necesario, repase las secciones indicadas:

∑ Electrones, enlaces y estructuras de Lewis (Sección 1.3)

∑ Identificación de las cargas formales (Sección 1.4)

∑ Teoría de los orbitales moleculares (Sección 1.8)

En el sitio web complementario encontrará más información.

Estructura de Lewis

OC HCH

HCHH

H H

H

Estructura parcialmente condensada

OHCH3CH3C

HEstructura condensada

(CH3)2CHOH

Fórmula molecular

C3H8O

2.1 Representaciones moleculares

Los químicos disponen de diferentes estilos para dibujar moléculas. Considérese la estructura delisopropanol, también llamado alcohol isopropílico, que se usa como desinfectante para esterili-zar distintos elementos. La estructura de esta sustancia se muestra a continuación con diferentesestilos:

Las estructuras de Lewis se comentaron en el capítulo anterior. La ventaja de estas estruc-turas es que todos los átomos y los enlaces se muestran en forma explícita. Sin embargo, estasestructuras sólo son prácticas para moléculas muy pequeñas. Para las más grandes, se torna muypesado dibujar cada enlace y cada átomo.

En las estructuras parcialmente condensadas, los enlaces C–H no se dibujan enforma explícita. Por ejemplo, en el esquema de arriba, las letras CH

3representan un átomo de

carbono unido a tres átomos de hidrógeno. Una vez más, este estilo de dibujo sólo es prácticopara moléculas pequeñas.

En las estructuras condensadas, no se dibuja ningún enlace. Los átomos se agrupansiempre que sea posible. Por ejemplo, el isopropanol tiene dos grupos CH

3, ambos conectados

al átomo de carbono central, lo que se muestra así: (CH3)2CHOH. Nuevamente, este estilo de

representación sólo es práctico para moléculas pequeñas con estructuras simples. La fórmula molecular de una sustancia simplemente muestra la cantidad de cada tipo de

átomo en ella (C3H

8O). No brinda ninguna información sobre la estructura. En realidad, exis-

ten tres isómeros estructurales con la fórmula molecular C3H

8O:

Al analizar algunos de los diferentes estilos para dibujar las moléculas, se puede ver que nin-guno es conveniente para las moléculas grandes. Las formulas moleculares no aportan informa-ción suficiente, las estructuras de Lewis llevan demasiado tiempo para dibujar, y las estructurasparcialmente condensadas y condensadas son apropiadas sólo para moléculas relativamente sim-ples. En las próximas secciones, se presentarán las reglas para dibujar estructuras de líneas deenlace, que son las más usadas por los químicos orgánicos. Por ahora, se practicarán los estilosde dibujo ya mostrados, que se usarán para las moléculas pequeñas durante todo este curso.

Isopropanol

C HCH

HCHH

H H

HO

Propanol

CCH

HCH

HH

H HHO

Etilmetil éter

CCCHHH

H HH

H

HO



Dibujar la estructura de Lewis de la siguiente sustancia:

SOLUCIÓNEsta sustancia se muestra en formato condensado. Para dibujar la estructura de Lewis, se comienza dibu-

jando cada grupo por separado, en una estructura parcialmente condensada:

Luego se dibujan los enlaces C–H:

2.1 Dibuje la estructura de Lewis de cada una de las siguientes sustancias:

(a) CH=CHOCH2CH(CH

3)

2

(c) (CH3CH

2)

3COH

(e) CH2=CHCH

2OCH

2CH(CH

3)

2

(g) (CH3)

3CCH

2CH

2OH

(i) CH3CH

2CH

2OCH

3

(k) (CH3CH

2)

2CHCH

2OCH

3

2.2 Identifique cuáles de los siguientes compuestos son isómeros estructurales:

2.3 Identifique el número de átomos de carbono con hibridización sp3 en la siguiente sustancia:

(CH3)

2C=CHC(CH

3)3

2.4 El ciclopropano (que se muestra abajo) tiene un solo isómero estructural. Dibuje su estructura con-

densada.

Véanse los Problemas 2.49, 2.50

2.1 Representaciones moleculares 51

DESARROLLO DE COMPETENCIAS2.1 CONVERSIÓN ENTRE LOS DIFERENTES ESTILOS DE DIBUJO

APRENDIZAJE

APLICACIÓN

PRÁCTICA ADICIONAL

PRÁCTICA

PASO 2

Dibujar los enlaces C–H.

PASO 1

Dibujar cada grupo por

separado.

(CH3)2CHOCH2CH3

(CH3)2CHOCH2CH3

Estructura condensada Estructura parcialmente condensada

HC CH2CH3H3CCH3

O

O O

Estructura parcialmente condensada Estructura de Lewis

HCH3CCH3

CH2CH3 CC

C

HCC

H

HH

HH H

H

H H

HH

(CH3)3COCH3 (CH3)2CHOCH3 (CH3)2CHOCH2CH3

H2C

H2CCH2

(b) (CH3CH

2)

2CHCH

2CH

2OH

(d) (CH3)

2C=CHCH

2CH

3

(f) (CH3CH

2)

2C=CH

2

(h) CH3CH

2CH

2CH

2CH

2CH

3

(j) (CH3CH

2CH

2)

2CHOH

(l) (CH3)

2CHCH

2OH



2.2 Estructuras de líneas de enlace

No resulta práctico dibujar la estructura de Lewis de todas las sustancias, en especial de las másgrandes. Como ejemplo, considérese la estructura de la amoxicilina, uno de los antibióticos másusados de la familia de la penicilina:

Muchas infecciones que antiguamente eran mortales se han tornado inofensivas con el usode antibióticos como el mostrado. La amoxicilina no es una sustancia con estructura grande; aunasí, dibujarla lleva mucho tiempo. Para afrontar este problema, los químicos orgánicos han des-arrollado un estilo de esquema eficiente que puede usarse para dibujar moléculas muy rápida-mente. Las estructuras de líneas de enlace no sólo simplifican el proceso de esquemati-zación, sino que además son más fáciles para leer. La estructura de líneas de enlace de la amoxi-cilina es

La mayoría de los átomos no se dibuja, pero con la práctica estos esquemas se tornan muy fáci-les de usar. A lo largo de este libro, la mayoría de las sustancias se dibujará en el formato de líne-as de enlace, y por ende, es muy importante dominar esta técnica de esquematización. Lassiguientes secciones están dirigidas a desarrollar esta habilidad.

Cómo se leen las estructuras de líneas de enlaceLas estructuras de líneas de enlace se dibujan en zigzag donde cada esquina o vér-tice representa un átomo de carbono. Por ejemplo, cada una de las siguientes sustancias tiene seisátomos de carbono (¡cuéntelos!):

Los enlaces dobles se dibujan con dos líneas y los triples, con tres líneas:

Nótese que los enlaces triples se dibujan en forma lineal en lugar de hacerlo en zigzag, porquelos enlaces de este tipo involucran átomos de carbono con hibridización sp, que tienen una geo-metría lineal (Sección 1.9). Los dos carbonos de un triple enlace y los dos carbonos conectadosa ellos se dibujan en una línea recta. Todos los demás enlaces se dibujan en zigzag; por ejemplo,la siguiente sustancia tiene ocho átomos de carbono.

52 CAPÍTULO 2 Representaciones moleculares

A PROPÓSITO…Puede valer la pena comprar o

pedir prestado un juego de mode-

los moleculares. Existen en el

mercado varios tipos diferentes

de juegos de este tipo, la mayoría

de ellos formados por piezas plás-

ticas que pueden conectarse para

formar modelos de moléculas

pequeñas. Cualquiera de estos

juegos le ayudará a visualizar la

relación entre las estructuras

moleculares y los dibujos utiliza-

dos para representarlas.

NN

N

OO

CC

CCC

C CC C

C NC

CC

CC

C

HH

HH

H HH

H H

H

HH

H

HH

HH

Amoxicilina

S

OO

HO

HO

NH2

N

O N

S

HOO

O

H



2.2 Leer las estructuras de línea de enlace 53

DESARROLLO DE COMPETENCIAS2.2 LEER LAS ESTRUCTURAS DE LÍNEAS DE ENLACE

APRENDIZAJE

PASO 1Contar los átomos de car-

bono, que están represen-tados por las esquinas o

vértices.

Los átomos de hidrógeno unidos a los de carbono tampoco se muestran en las estructurasde líneas de enlace, ya que se supone que cada átomo de carbono poseerá suficientes átomos dehidrógeno como para completar un total de cuatro enlaces. Por ejemplo, el átomo de carbonoresaltado abajo parece tener sólo dos enlaces:

Por lo tanto, se puede inferir que debe haber dos enlaces más con átomos de hidrógeno que nose han dibujado (para sumar un total de cuatro enlaces). De esta forma, todos los átomos dehidrógeno se infieren a partir del dibujo:

Con un poco de práctica, no será necesario contar los enlaces. Al familiarizarse con lasestructuras de líneas de enlace, usted podrá “ver” todos los átomos de hidrógeno aunque no esténdibujados. Este nivel de familiaridad es absolutamente necesario, por lo que debe practicarse.

Considérese la estructura del diazepam, que fue lanzado por la Hoffmann-La Roche Company bajo el nom-

bre comercial de Valium:

El diazepam es un sedante y relajante muscular que se usa en el tratamiento de la ansiedad, el insomnio y

las convulsiones. Identifique el número de átomos de carbono en esta molécula, luego complete todos los

átomos de hidrógeno faltantes que se infieren a partir del dibujo.

SOLUCIÓNRecuerde que cada esquina y cada vértice representan un átomo de carbono. Esta sustancia tiene enton-

ces 16 átomos de carbono, remarcados abajo:

O

El dibujo indica solamente dos enlaces conectados a este átomo de carbono

O

H H

H H

H

HH

H

HH

Diazepam

NN

Cl

O

NN

Cl

O



Alcanos y cicloalcanos

¿SAbíA pOr qué…los científicos aún no han desarrollado la cura para elHIV?

omo probablemente ya sepa, el síndrome de inmunodeficien-cia humana (SIDA) está causado por el virus de la inmunode-

ficiencia humana (HIV). Aunque los científicos aún no han encon-trado una forma de destruir el virus en las personas infectadas, handesarrollado medicamentos que hacen significativamente más lentoel progreso del virus y de la enfermedad. Estos fármacos interfierencon los diversos procesos mediante los cuales el virus se replica. Sinembargo, los medicamentos contra el HIV no son eficaces en un100%, principalmente porque el HIV tiene la capacidad de mutarhacia formas que son resistentes a los fármacos. Recientemente, loscientíficos han desarrollado una clase de medicamentos que son muypromisorios para el tratamiento de los pacientes infectados. Estos fár-macos se diseñan para ser flexibles, lo que en apariencia les permiteevadir el problema de la resistencia.

Una molécula flexible es aquella que puede adoptar diferentesformas o conformaciones. El estudio de las formas tridimensionalesde las moléculas se llama análisis conformacional. Este capítulo pre-sentará sólo los principios más básicos de dicho análisis, que se utili-zarán para analizar la flexibilidad de las moléculas. Para simplificareste análisis, se estudiarán sustancias que no tienen grupos funciona-les, llamadas alcanos y cicloalcanos. El análisis de estas sustancias nospermitirá comprender cómo las moléculas logran adquirir flexibili-dad. Específicamente, se analizará cómo los alcanos y los cicloalcanoscambian su forma tridimensional como resultado de la rotación deenlaces simples C–C.

Nuestra discusión sobre el análisis conformacional incluirá lacomparación de muchas moléculas diferentes, y será más simple sipodemos referirnos a las sustancias por su nombre. Antes de comen-tar la flexibilidad molecular, se desarrollará un sistema de reglas paranombrar a los alcanos y a los cicloalcanos.

4.1 Introducción a los alcanos4.2 Nomenclatura de alcanos4.3 Isómeros estructurales de los alcanos4.4 Estabilidad relativa de los alcanos

isoméricos4.5 Orígenes y usos de los alcanos4.6 Dibujo de las proyecciones de Newman4.7 Análisis conformacional del etano y el pro-

pano4.8 Análisis conformacional del butano4.9 Cicloalcanos

4.10 Conformaciones del ciclohexano4.11 Dibujo de las conformaciones de silla4.12 Ciclohexano monosustituido4.13 Ciclohexano disustituido4.14 Estereoisomería cis-trans

4.15 Sistemas policíclicos

4

C

92591-cap04m (a) 8.0:92591-cap04m 08/02/13 12:54 Página 136


4.2 Nomenclatura de alcanos 137



138 CAPÍTULO 4 Alcanos y cicloalcanos

4.1 Introducción a los alcanos

Recuérdese que los hidrocarburos son sustancias que están formadas solamente por C y H; porejemplo:

El etano se diferencia de los demás ejemplos en que no tiene enlaces p. Los hidrocarburos queno tienen enlaces p se llaman hidrocarburos saturados o alcanos. Los nombres de estassustancias suelen terminar con el sufijo “-ano”, como se ven en los siguientes ejemplos:

Este capítulo se concentrará en los alcanos, comenzando con el procedimiento para nombrarlos.El sistema para nombrar compuestos químicos, o nomenclatura, se desarrollará y se refinaráa lo largo de los restantes capítulos del libro.

4.2 Nomenclatura de alcanos

Introducción a la nomenclatura IupACA principios del siglo XIX, las sustancias orgánicas a menudo se llamaban según el antojo de susdescubridores. Aquí hay algunos ejemplos:

Muchas sustancias recibieron nombres que pasaron a formar parte del lenguaje comúnusado por los químicos. Muchos de estos nombres comunes se usan aún hoy.


rECuErDE

Antes de continuar, asegúrese de haber comprendido los siguientes temas.

Si es necesario, repase las secciones indicadas.

En el sitio web complementario encontrará más información.

∑ Teoría de los orbitales moleculares (Sección 1.8)

∑ predicción de la geometría (Sección 1.10)

∑ Estructuras de líneas de enlace (Sección 2.2)

∑ Estructuras de líneas de enlace tridimensionales (Sección 2.6)

C CH

H HH

H H

EtanoC2H6

C CH

H H

H

EtilenoC2H4

C C HH

AcetilenoC2H2

BencenoC6H6

Propano Butano Pentano

Ácido fórmicoAislado de las hormigas yllamado así por la palabrahormiga en latín, formica

H OH

O

UreaAislada de la orina

H2N NH2

O

Ácido barbitúricoAdolf von Baeyer nombró así

a este compuesto en honor a unamujer llamada Barbara

N N

O

OO

HH

MorfinaAnalgésico llamado así

por el dios griego delos sueños, Morfeo

O

HO

HO

NR



A medida que crecía el número de sustancias conocidas, surgió la necesidad de contar conun método sistemático para nombrarlas. En 1892, un grupo de 34 químicos europeos se reunióen Suiza y desarrolló un sistema de nomenclatura orgánica llamada reglas de Ginebra.Finalmente, el grupo fue conocido como Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, oIUPAC por su sigla en inglés. Las reglas de Ginebra originales se revisan y se actualizan con regu-laridad, y hoy se denominan “nomenclatura IUPAC”. Las recomendaciones IUPAC más recien-tes se publicaron en 2004.

Los nombres que se obtienen al seguir las reglas IUPAC se conocen como nombres sis-temáticos. Hay muchas reglas, y no es posible estudiarlas todas. Las próximas secciones sirvencomo introducción a la nomenclatura IUPAC.

Selección de la cadena parentalEl primer paso para nombrar a un alcano es identificar la cadena más larga, llamada cadenaparental:

En este ejemplo, la cadena parental tiene nueve átomos de carbono. Cuando se nombra a la cade-na parental de una sustancia, se usan los nombres que figuran en el Cuadro 4.1. Estos nombresse usarán muy a menudo en este curso. Las cadenas parentales de más de 10 carbonos seránmenos comunes, por lo que es esencial saber de memoria al menos las 10 primeras de la lista.

Si hay una competencia entre dos cadenas de la misma longitud, debe elegirse la que tengael mayor número de sustituyentes. Los sustituyentes son los grupos conectados a la cadenaparental:

0138b1. Correcta2. (3 sustituyentes)3. Cadena parental con 7 átomos de carbono

0138c1. Incorrecta

Si hay una competencia entre dos cadenas de la misma longitud, debe elegirse la que tenga el mayornúmero de sustituyentes. Los sustituyentes son los grupos conectados a la cadena parental:


CUADRO 4.1 NOMBRES PARENTALES PARA LOS ALCANOS

NÚMERO DEÁTOMOS DE CARBONO

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

PARENTAL

met

et

prop

but

pent

hex

hept

oct

non

dec

NOMBRE DELALCANO

metano

etano

propano

butano

pentano

hexano

heptano

octano

nonano

decano

NÚMERO DEÁTOMOS DE CARBONO

11

12

13

14

15

20

30

40

50

100

PARENTAL

undec

dodec

tridec

tetradec

pentadec

eicos

triacont

tetracont

pentacont

hect

NOMBRE DEL ALCA-NO

undecano

dodecano

tridecano

tetradecano

pentadecano

eicosano

triacontano

tetracontano

pentacontano

hectano

La cadena parental tiene 9 átomos de carbono

Elegir la cadena más larga

Correcta(3 sustituyentes)

Cadena parental con 7átomos de carbono

Incorrecta(2 sustituyentes)

Cadena parental con 7átomos de carbono



El término “ciclo” se utiliza para indicar la presencia de un anillo en la estructura de un alcano.Por ejemplo, estas sustancias se llaman cicloalcanos:

Identifique y nombre la cadena parental en la siguiente sustancia:

SOLUCIÓNDebe localizarse la cadena más larga. En este caso, hay dos opciones que tienen 10 átomos de carbono cada

una:

En cualquiera de los dos casos, la cadena parental se denominará decano, pero debe elegirse la correcta.

ésta es la que tiene el mayor número de sustituyentes:

4.1 Identifique y nombre la cadena parental en cada una de las siguientes sustancias:

140 CAPÍTULO 4 Alcanos y cicloalcanos

Ciclopropano Ciclobutano Ciclopentano

Correcta

4 sustituyentes

Incorrecta

2 sustituyentes

(a)

(a) (b) (c) (d)

(e) (f) (g) (h) (i)

DESArrOLLO DE COMpETENCIAS4.1 IDENTIfICACIóN DE LA CADENA pArENTAL

APRENDIZAJE

PRÁCTICA

PASO 1

Elegir la cadena más

larga.

PASO 2

Cuando dos cadenas com-

piten, elegir la que tiene

más sustituyentes.



4.2 Identifique las dos sustancias que tienen la misma cadena parental, entre las siguientes:

4.3 Hay cinco isómeros estructurales con la fórmula molecular C6H

14. Dibuje una estructura de lí neas de

enlace para cada uno de ellos, e identifique la cadena parental en cada caso.

4.4 Hay 18 isómeros con la fórmula molecular C8H

18. Sin dibujar los 18 isómeros, determine cuántos de

ellos llevarán el nombre parental de heptano.

Véase el Problema 4.39

Nombre de los sustituyentesUna vez que se ha identificado la cadena parental, el siguiente paso es enumerar todos los susti-tuyentes:

Los sustituyentes se nombran con la misma terminología que se usa para la cadena parental, perose agrega el sufijo “ilo”. Por ejemplo, un sustituyente con un solo átomo de carbono (un grupoCH

3) se llama grupo metilo. Un sustituyente con dos átomos de carbono se llama grupo etilo.

En general, estos grupos se llaman grupos alquilo. En el Cuadro 4.2 se presenta una lista dedichos grupos. En el ejemplo que se mostró antes, los sustituyentes reciben los siguientes nom-bres:

Cuando un grupo alquilo se une a un anillo, en general éste se trata como cadena parental:

Sin embargo, esto sólo es cierto cuando el anillo está formado por más átomos de carbono queel grupo alquilo. En el ejemplo anterior, el anillo está formado por seis átomos de carbono, mien-tras que el grupo alquilo tiene sólo tres. Por el contrario, considérese el siguiente ejemplo en elcual el grupo alquilo tiene más átomos de carbono que el anillo. Como resultado, el anillo sedenomina como un sustituyente y recibe el nombre de grupo ciclopropilo.


APLICACIÓN

PRÁCTICA

ADICIONAL

Sustituyentes Cadena parental

Etilo

Propilo Metilo

Propil ciclohexano

SustituyenteParental

1- ciclopropil butano

Sustituyente Parental

CUADRO 4.2 NOMBRES DE LOS

GRUPOS ALQUILO

NÚMERO DE ÁTOMOS DECARBONO EN EL SUSTITUYENTE

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

TERMINOLOGÍA

Metilo

Etilo

Propilo

Butilo

Pentilo

Hexilo

Heptilo

Octilo

Nonilo

Decilo



¿Qué opinan los estudiantes?

Es el mejor libro de texto que heutilizado. El uso de “técnica/tema”,“leer/ aprender” consistente en:

– Aprende una técnica.– Practica la técnica.– Aplica la técnica.

Consigue que domines lastécnicas y los temas.

Este libro de texto me ha sido de gran ayuda

en mis clases de QO. Hay una gran cantidad

de gráficos que me han ayudado a visualizar

estructuras moleculares y también muchas

cuestiones prácticas muy útiles para la

revisión antes de los exámenes. Hay

también muchas secciones en las que se

aporta información sobre la aplicación de la

química orgánica al campo de la medicina. Es

un material relativamente fácil de leer

comparado con otros textos.

No puedo expresar lo magnífico que es

este libro. Este libro está escrito para

alguien cuya meta es aprender química

orgánica. La mayoría de los libros de

texto de química orgánica son

intimidatorios, confusos y aburridos,

este supone un cambio refrescante y

está escrito con un lenguaje que puedes

comprender. Lo recomiendo 100%.

3ªcubierta_Maquetación 1 04/03/2013 9:50 Página 1


David Klein

Los textos de química orgánica tradicionales así como las clases teóricas sobre el tema proporcionan alos estudiantes una cobertura extensa de los principios de esta asignatura pero no brindan pautas parael desarrollo de un pensamiento analítico y la capacidad para resolver problemas. Para salvar esta ca-rencia, Química orgánica de Klein enfoca la enseñanza hacia el desarrollo de competencias de aprendi-zaje que permitan al alumno aprender pensando como un químico orgánico.

Este enfoque moderno centrado en las competencias es único y su utilidad ha sido comprobada por de-cenas de profesores y miles de alumnos que lo evaluaron antes de su publicación. Una de sus caracte-rísticas sobresalientes son las diversas herramientas pedagógicas entre las que se encuentran:

• Una pregunta disparadora del tipo ¿Sabía que….? al inicio de cada capítulo, que es retomada y ana-lizada luego, seguida por Recuerde, con las competencias relevantes de los capítulos anteriores quedeben ser dominadas antes de seguir con el actual.

• Numerosos apartados sobre el Desarrollo de competencias que presentan un problema en tres par-tes: aprendizaje, práctica y aplicación, y estimulan al estudiante a razonar y aplicar la competenciaen diferentes entornos.

• Prácticas adicionales al final del capítulo para que los estudiantes ejerciten las competencias apren-didas, junto con una Revisión de conceptos y vocabulario, Términos clave y Revisión de competen-cias.

• Un apartado final con la Resolución de problemas; Problemas de integración, que brindan la opor-tunidad para combinar competencias de los diferentes capítulos, y un conjunto de Problemas de ra-zonamiento, diseñados para aplicar las competencias en situaciones más desafiantes.

• Textos que destacan la relevancia de la química orgánica en nuestra vida cotidiana, en la forma derecuadros de Aplicación en medicina con temas médicos y farmacéuticos, o de Aplicación prácticacon aplicaciones comerciales de la química orgánica.

• Un sitio web complementario con recursos para estudiantes y docentes que incluye una Guía de es-tudio y un Manual de soluciones con ejercicios de revisión y las soluciones detalladas de todos losproblemas, y todas las ilustraciones del libro.

La química orgánica es una disciplina científica que no puede ser enseñada ni aprendida como una meracompilación de principios. Requiere más bien un método disciplinado de razonamiento, análisis y prác-tica, que permita no solo entender los conceptos y los principios, sino desarrollar las competencias pararetenerlos y aplicarlos frente a nuevos problemas y situaciones. Esta es la verdadera esencia de la quí-mica orgánica y la que transmite de manera precisa esta magnífica obra.

Química

Orgánica

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david klein química orgánicabibliotecas.unr.edu.ar/muestra/medica_panamericana/...comprensión del...

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